在智慧选煤厂建设加速推进的背景下，建设基于工业以太网的数字化配电管理系统势在必行。国电建投内蒙古能源有限公司、鄂尔多斯应用技术学院的研究人员刘建、白雪梅、于大伟，在2021年第12期《电气技术》上撰文，选用支持Modbus/TCP协议的智能电气设备，搭建从智能电气设备到配电管理系统的一体化工业以太网平台，实现数据高速传输。低压配电管理系统不仅具有“遥测、遥控、遥信、遥调”功能，还具有停送电审批、能耗统计、设备维护、报警与事件、操作记录等管理功能。

选煤厂生产设备以皮带机、刮板机、破碎机、泵类等重负荷设备为主，设备需频繁带载起停；生产与输送环节较多，各低压配电系统随车间分散布置；加工与运送高硬度物料，大量设备因磨损须每日停电检修。

配电系统中断路器、接触器、电动机综合保护器等通过硬接线与可编程控制器（programmable logic controller, PLC）模块连接，仅将电动机起停、故障、运行及电源通断信号采集至PLC系统中。

原有低压配电系统存在的问题主要有：①大量电气参数未采集至上位机系统，无法集中监测各配电系统运行状况，主要依靠人员定期巡检，无法及时发现并消除隐患；②日常停送电需要电工去往各个配电室就地手动操作完成，时间成本高，工作效率极低，且存在人工误操作风险；③塑壳断路器保护功能配置不丰富，无法灵活调整定值，设备重载起车或严重卡堵时易发生误动作、越级跳闸等故障；④PLC模块和配电柜之间通过控制电缆连接，二次接线繁杂，故障率较高。

本文以选煤厂末煤低压配电系统改造项目为背景，论述采用智能电气设备和工业以太网搭建数字化低压配电管理系统的实现方法，数字化低压配电管理系统可以有效解决原有系统存在的问题，并为实现与智慧工厂管理平台的无缝集成奠定基础。

1 项目背景

末煤低压配电系统由一台10kV/0.69kV干式变压器负责供电，变压器容量800kVA，采用IT供电方式，中性点经高电阻接地。系统母线电压为690V，单母线段独立运行，由一面进线柜、一面电容补偿柜和三面馈线柜组成，主要负荷有4台皮带机和2台刮板机，单台设备最大功率不超过132kW，采用直接起动方式。配电柜采用MNS2.0柜型，进线柜安装CW1框架断路器，馈线抽屉内安装CM1塑壳断路器、电动机综合保护器、接触器等电气设备，低压配电系统与工艺控制共用一套PLC和上位机监控系统。

2 低压配电系统架构设计

为兼顾原有低压配电系统和生产集控系统，在此次系统改造升级中，继续沿用原有上位机监控系统，并在此基础上开发数字化配电管理系统；PLC控制系统由西门子S7—300升级至S7—1500，馈线柜全部更换为支持工业以太网的MNS3.0数字开关柜，进线柜、补偿柜、变压器继续保留，柜内电气设备全部更换为智能设备。

智能电气设备选择采用微处理器技术开发的具有标准工业以太网接口的设备，以断路器、电动机综合保护器等智能设备为通信节点构建工业以太环网。通过以太网把现场电气设备采集的大量数据实时传送至PLC控制系统和配电管理系统中，搭建“智能电气设备-数字开关柜-配电管理系统”从下至上的三位一体工业以太网结构。

工业以太网是以太网技术和通用工业协议的结合，为满足高实时性的工业应用需求，著名自动化公司和标准化组织纷纷提出了各种工业以太网技术标准，受到广泛支持的有Modbus/TCP、ProfiNet、Ethernet/IP等。该项目选用支持Modbus/TCP协议的智能电气设备，对于支持Modbus/RTU协议的设备，可经过通信模块转换为Modbus/TCP协议后接入工业以太网中。

数字开关柜选用集成以太网口的柜型，柜内电气设备通过柜体与柜外交换机实现以太网直连，PLC与配电管理系统之间采用原有以太网通信，各节点交换机和智能电气设备均选用具有以太网冗余功能的设备，基于工业以太网搭建的低压配电系统结构示意图如图1所示。